探索分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

劉金豐 蕭允藝

［摘 要］分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為分子生物學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)踐的橋梁，肩負(fù)生物專業(yè)實(shí)踐型人才培養(yǎng)的重任，但傳統(tǒng)教學(xué)模式已無法滿足人才培養(yǎng)的要求。文章提出把目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念融入分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以課程目標(biāo)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、以五類目標(biāo)問題為引領(lǐng)開展課程教學(xué)，旨在更好地滿足當(dāng)今快速發(fā)展的社會對生物工程專業(yè)人才的需求。

［關(guān)鍵詞］分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；目標(biāo)問題導(dǎo)向式；教學(xué)創(chuàng)新

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）16-0063-04

分子生物學(xué)是在分子水平探究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子結(jié)構(gòu)、功能、規(guī)律及其相互作用的課程，與基因工程、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)等課程緊密聯(lián)系與交織，是生物學(xué)的前沿與生長點(diǎn)[1]。而分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是基于分子生物學(xué)理論課開設(shè)的一門實(shí)驗(yàn)課程[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論課堂教學(xué)延伸的教學(xué)實(shí)踐，是“授人以魚不如授人以漁”的試煉場。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，理論得以應(yīng)用于實(shí)踐，加深了學(xué)生對理論知識的理解，使學(xué)生的科學(xué)探究思維與能力得到鍛煉。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在生物技術(shù)與生物工程人才培養(yǎng)中占據(jù)重要的地位。該課程教學(xué)目標(biāo)為使學(xué)生了解和掌握分子生物學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與前沿實(shí)驗(yàn)的基本原理、操作技能和應(yīng)用范圍，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)造性思維能力[3]。分子生物學(xué)是自然科學(xué)中發(fā)展最迅速和最具活力的前沿領(lǐng)域之一，分子生物學(xué)研究技術(shù)的不斷發(fā)展，對相關(guān)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高要求[4]。

然而，傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式一般按照“實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)—課堂講解—學(xué)生操作—報(bào)告撰寫”的模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生沒有明確的實(shí)驗(yàn)操作目標(biāo)，被動地按既定步驟開展實(shí)驗(yàn)，缺乏問題意識與學(xué)習(xí)興趣，課堂學(xué)習(xí)效率低，不能保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)，因此，教學(xué)改革勢在必行?！耙詫W(xué)生為主體、以問題為中心”的目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)是近年來較為重要的一種教學(xué)模式[5]。教師圍繞教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)五類目標(biāo)問題：基本問題、重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題、實(shí)踐問題和拓展問題，把課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為目標(biāo)問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，在解決問題的過程中達(dá)到傳授知識的目的，使學(xué)生綜合能力和素質(zhì)得到提升[6]。結(jié)合廣東石油化工學(xué)院多年來分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，本文以該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討了目標(biāo)問題導(dǎo)向教學(xué)法在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

一、傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

以廣東石油化工學(xué)院為例，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是面向生物工程系本科大二學(xué)生開設(shè)的，該階段的學(xué)生已經(jīng)具備一定的分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)，但缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。教師往往需要在課堂上花費(fèi)大量的時(shí)間講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、操作流程等，剩下來留給學(xué)生自己動手操作的時(shí)間較少。另外，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，部分學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)原理、步驟等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并沒有深入的理解，面對陌生的儀器設(shè)備及其復(fù)雜的操作，會感覺無人下手，無法將理論知識融入實(shí)驗(yàn)操作，在小組學(xué)習(xí)中成為旁觀者，缺乏對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面的獨(dú)立思考及小組配合，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生的突發(fā)問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果差強(qiáng)人意。

這種傳統(tǒng)的 “以教師為中心”的教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生被動地接受知識，缺少對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深入思考和探究。學(xué)生人數(shù)多，受教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)課時(shí)等條件的制約，一部分學(xué)生難以觀察到操作的細(xì)節(jié)，影響了其對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解及自主操作。長此以往，部分學(xué)生會感覺課程較為枯燥乏味，失去學(xué)習(xí)的主動性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要想有效地提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，需要引?dǎo)學(xué)生親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)教學(xué)若不能引導(dǎo)學(xué)生主動參與其中，提高學(xué)生的動手操作能力，那將違背專業(yè)人才培養(yǎng)的初心。如何改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用先進(jìn)又接地氣的課程教學(xué)模式來提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，是高等院校教師進(jìn)行思考和探索的方向。

二、目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式

（一）目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念

目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式是一種以目標(biāo)問題為導(dǎo)向，利用目標(biāo)問題組織教學(xué)的創(chuàng)新型教學(xué)模式。所謂目標(biāo)問題就是為促進(jìn)國家、學(xué)校及專業(yè)三個(gè)層面人才培養(yǎng)目標(biāo)的有效達(dá)成，圍繞課程知識體系設(shè)計(jì)的課程教學(xué)問題。目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式是指教師利用五類目標(biāo)問題組織教學(xué)，通過課前推送基本問題引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)；課中討論重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題和實(shí)踐問題，按照小組討論、分享匯報(bào)和教師點(diǎn)評三個(gè)環(huán)節(jié)展開；課后督促學(xué)生繼續(xù)完成相關(guān)目標(biāo)問題學(xué)習(xí)以及對課程進(jìn)行評價(jià)。這種“以學(xué)生為主體、以問題為中心”的教學(xué)模式使沉悶的課堂教學(xué)有了生機(jī)和活力，能充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生在剖析問題和解決問題的過程中，科學(xué)思維和創(chuàng)新能力也將得到較大的提升。

（二）五類目標(biāo)問題設(shè)置原則

在教學(xué)實(shí)踐中，基于基本問題、重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題、實(shí)踐問題和拓展問題這五類目標(biāo)問題，筆者把課程內(nèi)容體系、目標(biāo)素質(zhì)要求轉(zhuǎn)化為目標(biāo)問題體系[5]，如圖1所示?；締栴}為應(yīng)知應(yīng)會的問題，教師在課前給出答案，課上不講，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)就能掌握本節(jié)課的基本知識、基本原理等。重點(diǎn)問題為必須重點(diǎn)掌握的問題，學(xué)生通過閱讀教材找答案。難點(diǎn)問題為重點(diǎn)問題的進(jìn)一步升華，強(qiáng)調(diào)問題設(shè)計(jì)技巧、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生通過自學(xué)可找到相關(guān)的解題線索，但需要教師組織討論、進(jìn)行引導(dǎo)才能突破，注重對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。實(shí)踐性問題為理論聯(lián)系實(shí)際的問題，學(xué)生可以利用所學(xué)知識解決日常生活及實(shí)際中的問題。拓展問題為知識點(diǎn)的延伸，可以是素質(zhì)綜合問題，也可以是重點(diǎn)、難點(diǎn)綜合問題等，注重學(xué)生知識遷移和創(chuàng)新應(yīng)用。目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念有助于師生在教與學(xué)的過程中形成問題意識，使學(xué)生在生疑、質(zhì)疑、解疑過程中提高能力[7]。在目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)過程中滲透五大目標(biāo)問題，每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，除了對基礎(chǔ)知識點(diǎn)的掌握、將理論應(yīng)用于實(shí)踐，在拓展問題中對思政元素進(jìn)行挖掘也是重要的組成部分，如何在非思政課程中開展課程思政的建設(shè)，使二者同向同行，值得各位教師深入探究[8-9]。

三、目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)融入分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)

以實(shí)驗(yàn)“植物基因組DNA的提取、純化、檢測”為例，詳細(xì)介紹目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)法在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。本課程的教學(xué)目標(biāo)為掌握植物基因組DNA的提取、純化、檢測的基本原理、方法和操作；培養(yǎng)學(xué)生科研思維、創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)，為做好相關(guān)科研工作奠定了良好的基礎(chǔ)。本課程的主要內(nèi)容為基因組DNA提取的方法及前沿；試劑盒提取植物基因組DNA的原理和方法；瓊脂糖凝膠電泳分離與檢測基因組DNA。基于目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念，構(gòu)建了“知識的導(dǎo)入（課前推送目標(biāo)問題）—知識的深度學(xué)習(xí)（課中討論重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題和實(shí)踐問題）—知識的鞏固提升（課后推送拓展問題）”的教學(xué)模式。

（一）課前準(zhǔn)備

圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合具體授課內(nèi)容，緊扣育人目標(biāo)要求，教師在課前精心設(shè)計(jì)五類具有針對性、啟發(fā)性、時(shí)代性的目標(biāo)問題。運(yùn)用目標(biāo)問題組織課程教學(xué)，一切教學(xué)活動圍繞目標(biāo)來展開。教師課前通過雨課堂平臺向?qū)W生推送目標(biāo)問題、在線慕課視頻等預(yù)習(xí)資料，將學(xué)生進(jìn)行分組，每組3～4人，各小組在線上進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)，該部分內(nèi)容主要圍繞知識目標(biāo)展開。學(xué)生通過課前完成對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，對相關(guān)課程知識體系有基本的構(gòu)建，這有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提升課堂效率。以實(shí)驗(yàn)“植物基因組DNA的提取、純化、檢測”為例，筆者設(shè)計(jì)了五類目標(biāo)問題，包含14個(gè)具體問題。

1.基本問題

（1）什么是基因組DNA？（2）常見的植物基因組DNA提取方法有哪些？（3）基因組DNA提取有哪些前沿方法？（4）什么是瓊脂糖凝膠電泳檢測？（5）實(shí)驗(yàn)需要用到什么儀器？儀器的安全操作規(guī)范是什么？（6）實(shí)驗(yàn)需要用到哪些危險(xiǎn)化學(xué)品？操作過程中如何做好個(gè)人防護(hù)措施？（7）本實(shí)驗(yàn)還需注意哪些安全問題？

這幾個(gè)基本問題在實(shí)驗(yàn)講義中有直接表述，學(xué)生可以通過課前預(yù)習(xí)直接找到答案?；締栴}向?qū)W生展示了課堂教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及過程，學(xué)生帶著這些問題有目的地預(yù)習(xí)，有助于為接下來的實(shí)驗(yàn)操作奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.重點(diǎn)問題

（8）基因組DNA提取及電泳成像的原理是什么？

重點(diǎn)問題的解決是本節(jié)課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵部分，學(xué)生可以通過閱讀教材找到答案，但是不一定能深刻理解和應(yīng)用。教師還需要在課堂上進(jìn)行全面的解讀，引導(dǎo)學(xué)生把重點(diǎn)問題解決好，從而達(dá)到教學(xué)目的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作前能夠掌握一定的實(shí)驗(yàn)原理，并運(yùn)用原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)操作能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)原理。

3.難點(diǎn)問題

（9）提取過程中加入的每一種試劑的作用是什么？對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是什么？

難點(diǎn)問題需要師生共同去解決，課堂上教師啟發(fā)式引導(dǎo)學(xué)生一步步找出突破問題的方法，得出答案。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都會用到很多不同種類的試劑，學(xué)生必須明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程中所需的每一種試劑的作用以及操作失誤后可能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響。

4.實(shí)踐問題

（10）基因組DNA提取在科研和醫(yī)學(xué)等方面有什么應(yīng)用？（11）什么是人類基因組計(jì)劃？提取人類基因組DNA有什么意義？

分子生物學(xué)與人類生活和生產(chǎn)息息相關(guān)，本節(jié)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)除培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能外，還承擔(dān)著實(shí)驗(yàn)理論和道德素質(zhì)培養(yǎng)的教育任務(wù)[10]。讓學(xué)生懂得生物技術(shù)在生活、生產(chǎn)等方面的應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

5.拓展問題

（12）一般是如何提取、純化、檢測動物、微生物基因組DNA的？它們之間有什么區(qū)別？（13）能否嘗試用思維導(dǎo)圖來完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告？（14）結(jié)合廣東石油化工學(xué)院的實(shí)際情況，提出本實(shí)驗(yàn)有哪些需改進(jìn)的地方？

以植物基因組DNA為例，比較不同種類的生物基因組DNA提取、純化、檢測的區(qū)別，通過討論、分析、比較等學(xué)習(xí)方法提升學(xué)生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能，發(fā)現(xiàn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性規(guī)律，能夠類比應(yīng)用于其他同類學(xué)科中。要求學(xué)生利用思維導(dǎo)圖來完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建該實(shí)驗(yàn)課程的基本知識體系，提高學(xué)生的邏輯思維能力。另外，結(jié)合廣東石油化工學(xué)院的實(shí)際情況，鼓勵(lì)學(xué)生思考現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)有哪些需要完善的地方，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力。

（二）課堂授課

通過課前開展線上實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)，學(xué)生能有效地將理論和實(shí)踐相結(jié)合，提高了線下課堂的學(xué)習(xí)效率。上課前，學(xué)生針對雨課堂發(fā)布的重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題和實(shí)踐問題，通過各種途徑收集相關(guān)資料。在授課過程中，教師以抽簽的形式確定每組討論的問題。小組在討論過程中如遇到困難，教師可以適當(dāng)給予引導(dǎo)。學(xué)生討論完成后，教師在各小組內(nèi)隨機(jī)進(jìn)行點(diǎn)名，由被點(diǎn)名學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果，教師根據(jù)各小組的匯報(bào)情況，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而有效解決目標(biāo)問題。這些問題內(nèi)容涵蓋實(shí)驗(yàn)核心理論知識、實(shí)驗(yàn)操作需注意的細(xì)節(jié)和可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況等，學(xué)生通過對目標(biāo)問題的認(rèn)識、分析和解答，為接下來的實(shí)驗(yàn)操作奠定良好的理論基礎(chǔ)?；诰€上和線下教學(xué)的深度融合，在實(shí)驗(yàn)操作的過程中，學(xué)生可以分組錄制實(shí)驗(yàn)視頻、拍攝實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵或易錯(cuò)環(huán)節(jié)照片，并將其上傳至班級學(xué)習(xí)交流平臺，實(shí)現(xiàn)資源共享，便于其他學(xué)生在交流過程中可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做出調(diào)整。教師可以通過交流平臺掌握學(xué)生的情況與實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，有針對性地對學(xué)情進(jìn)行分析，及時(shí)做出評價(jià)，做到有針對性地糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中存在的錯(cuò)誤。

（三）課后輔導(dǎo)

根據(jù)課前的預(yù)習(xí)和課堂教學(xué)效果，教師有針對性地向?qū)W生推送個(gè)性化拓展問題，要求學(xué)生通過課外查閱相關(guān)文獻(xiàn)和書籍，提煉有效信息，嘗試解答問題，同時(shí)鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，并對討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生可以在雨課堂討論區(qū)發(fā)表自己對問題的看法，教師做出點(diǎn)評。課后學(xué)生將實(shí)驗(yàn)報(bào)告整合成思維導(dǎo)圖，如圖2所示，借助思維導(dǎo)圖完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過這種方式，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加清晰易懂，有效提升了學(xué)生的思維，有助于學(xué)生對知識體系的構(gòu)建。同時(shí)，有助于教師反思課程評價(jià)、深化思考，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法。

（四）學(xué)生評價(jià)方式

在教學(xué)過程中采取過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合的方式對學(xué)生進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.過程性評價(jià)

主要為學(xué)生平時(shí)成績，占總成績的60%。平時(shí)成績包括線上課前、課后測試成績等，重點(diǎn)考查學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺獲取分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)理論知識的情況；在線下課堂觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的操作步驟以及學(xué)生分析、解決實(shí)驗(yàn)問題的能力。

2.終結(jié)性評價(jià)

主要為實(shí)驗(yàn)報(bào)告及平臺總測試的成績，占總成績的40%。重點(diǎn)考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解程度和分析結(jié)果的能力。

四、結(jié)語

筆者針對課程改革進(jìn)行了線上問卷調(diào)查，90%以上的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)模式新穎，授課內(nèi)容聯(lián)系緊密，邏輯性強(qiáng)，較容易接受。在教學(xué)過程中能緊跟教師的思路，且對知識點(diǎn)的掌握更加牢固，做題時(shí)的思路更加清晰。另外，課程過程性考核顯示大二年級學(xué)生第二個(gè)學(xué)期課堂參與度為100%，學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的積極性明顯提高。

目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)的核心關(guān)鍵在于問題的設(shè)計(jì)，巧妙生動地將思政元素自然融入目標(biāo)問題，實(shí)現(xiàn)“育人無聲”的效果。在目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式下，學(xué)生參與度較高，課堂氣氛比較融洽，師生溝通順暢，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)。今后還需要堅(jiān)持將目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念融入分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷優(yōu)化創(chuàng)新，通過實(shí)踐教學(xué)不斷豐富教學(xué)成果。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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